再次飞跃 | 短短2天，中国学者连续发表11篇CNS
3.杨辉/李亦学/Lars M. Steinmetz等团队建立新型脱靶检测技术，基因编辑工具安全性评估或迎来新突破
CRISPR/Cas9是广泛关注的新一代基因编辑工具，自从2012年被发明以来，它一直以其高效性和特异性备受世人的期待，然而值得注意的是，CRISPR/Cas9从问世以来，其脱靶风险一直备受关注，如果将CRISPR/Cas9及其衍生工具用于临床的话，脱靶效应可能会引起包括癌症在内的很多种副作用。
在此之前，人们推出过多种检测脱靶的方案。以前的方法或者依赖于计算机软件预测，或者依赖于高通量测序检测DSB产生，还有体外检测的方法。这些方法都存在一些局限性，不能高灵敏性检测到脱靶突变，尤其是单核苷酸突变。因此一种能够突破之前限制的脱靶检测技术，将会成为CRISPR/Cas9及其衍生工具是否能最终走上临床的关键。人们迫切希望可以找到一种既能够不依赖于脱靶位点预测，又能有足够信噪比的精密脱靶检测手段。
如果要提升检测脱靶效应的精度，就必须彻底颠覆原有的脱靶检测手段。首先，为了实现不借助于脱靶位点预测，这就要求必须找到非常严格的对照组来确定基因突变的位点；同时为了检测不依赖于sgRNA的随机突变，最好使用基于单细胞全基因组测序。
为了实现以上目标，杨辉研究组与合作者建立了一种名叫“GOTI”的脱靶检测技术。研究者们在小鼠受精卵分裂到二细胞期的时候，编辑一个卵裂球，并使用红色荧光蛋白将其标记。小鼠胚胎发育到14.5天时，将整个小鼠胚胎消化成为单细胞，利用流式细胞分选技术基于红色荧光蛋白，分选出基因编辑细胞和没有基因编辑细胞，再进行全基因组测序比较两组差异。这样就避免了单细胞体外扩增带来的噪音问题。而且由于实验组和对照组来自同一枚受精卵，理论上基因背景完全一致，因此直接比对两组细胞的基因组，其中的差异基本就可以认为是基因编辑工具造成的。
在杨辉实验室全体成员与合作单位的共同努力下，GOTI系统被成功建立了起来。团队成员先用该系统检测了最经典的CRISPR/Cas9系统，发现设计良好的CRISPR/Cas9并没有明显的脱靶效应，这个结果结束了之前对于CRISPR/Cas9脱靶率的争议。
团队还检测了另一个同样被给予厚望的CRISPR/Cas9衍生技术BE3，这个系统可以精确引入点突变，在之前的研究中从未发现过有明显的脱靶问题。然而在GOTI的检测下发现，BE3存在非常严重的脱靶，而且这些脱靶大多出现在传统脱靶预测认为不太可能出现脱靶的位点，因此之前方法一直没有发现其脱靶问题。
团队分析后认为，这些脱靶位点有部分出现在抑癌基因上，因此经典版本的BE3有着很大的隐患，目前不适合作为临床技术。研究团队的这些重要发现，证实了以BE3为代表的部分基因编辑技术存在无法预测的脱靶风险，也世人重新审视了这些新兴技术的风险。
更重要的是，此工作建立了一种在精度、广度和准确性上远超越之前的基因编辑脱靶检测技术，有望由此开发精度更高、安全性更大的新一代基因编辑工具，建立行业的新标准。
参考信息：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/02/27/science.aav9973
4.中科院遗传所高彩霞揭示胞嘧啶，但不是腺嘌呤，碱基编辑器诱导水稻的全基因组脱靶突变
许多遗传性疾病和劣等性状归因于基因组DNA的碱基对改变。胞嘧啶和腺嘌呤碱基编辑（CBEs和ABEs）是具有脱氨酶结构域的切口酶型Cas9（nCas9）蛋白的融合体，可以催化靶位点中C→T（C> T）和A> G的转化。
为了研究碱基编辑特异性，先前的尝试集中于通过计算机或体外方法预测的有限数量的脱靶位点，例如Digenome-seq和EndoV-seq，或近端和可预测的sgRNA结合位点的区域。由于分析来自异质细胞的大型基因组所带来的挑战，目前尚不清楚这些碱基编辑是否会引入不需要的全基因组脱靶突变。
通过全基因组测序分析来自克隆衍生系统的样品可以克服这些限制，从而在全基因组水平上对碱基编辑的特异性进行客观评估。在这项研究中，研究人员对水稻（一种重要的作物物种）中BE3，HF1-BE3和ABE的全基因组脱靶突变进行了全面调查。
该研究发现BE3和HF1-BE3而非ABE诱导大量全基因组脱靶突变， 主要是C→T型单核苷酸变体（SNV），并且在富含基因区域。 值得注意的是，在没有sgRNA的情况下用BE3或HF1-BE3处理水稻也导致全基因组SNV的增加。 因此，需要优化BE3或HF1-BE3的碱基编辑单元以获得高保真度。
原文链接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/02/27/science.aaw7166
5.北京生命组学研究所贺福初，复旦大学附属中山医院樊嘉，国家蛋白质科学中心钱小红使用蛋白质组学确定了早期肝细胞癌的新治疗靶点
肝细胞癌是全球癌症死亡的第三大原因。感染乙型肝炎病毒是发展肝细胞癌的主要危险因素之一，特别是在东亚地区。虽然手术治疗可能在早期阶段有效，但发生这种癌症后的五年总生存率仅为50-70％。
在这里，研究人员使用蛋白质组学和磷酸蛋白质组学分析，发现110个与乙型肝炎病毒感染相关的临床早期肝细胞癌的成对肿瘤和非肿瘤组织。定量蛋白质组学数据突出了早期肝细胞癌的异质性：研究人员使用它来将该队列分层为亚型S-I，S-II和S-III，每种亚型具有不同的临床结果。
S-III的特点是胆固醇稳态受损，与一线手术后最低的总生存率和预后不良的风险最大有关。敲除甾醇O-酰基转移酶1（SOAT1） -其高表达是S-III亚型特异性的特征 -改变细胞胆固醇的分布，并有效抑制肝细胞癌的增殖和迁移。最后，基于患者来源的肝细胞癌肿瘤异种移植小鼠模型，研究人员发现用SOAS1抑制剂avasimibe治疗显著减少了具有高水平SOAT1表达的肿瘤的大小。本研究中提出的早期肝细胞癌的蛋白质组学分层，提供了对该癌症的肿瘤生物学的深入了解，并提出了针对它的个性化治疗的机会。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0987-8
6.第三军医大学（陆军医科大学）卞修武，刘新东及清华大学董晨等人使用全基因组分析将NR4A1鉴定为T细胞功能障碍的关键介质
当T细胞遇到自身抗原或暴露于慢性感染或肿瘤微环境时，T细胞功能会失调。 T细胞的功能受组合共刺激信号的严格调节，负共刺激的优势导致T细胞功能障碍。然而，这种功能障碍的分子机制仍不清楚。
在这里，使用小鼠体外T细胞耐受诱导系统，研究人员发现耐受性T细胞中的全基因组表观遗传和基因表达特征，并表明它们不同于效应和调节性T细胞。值得注意的是，转录因子NR4A1在耐受性T细胞中以高水平稳定表达。 NR4A1的过表达抑制效应T细胞分化，而NR4A1的缺失克服了T细胞耐受性并夸大了效应功能，以及增强对肿瘤和慢性病毒的免疫力。
在机制上，NR4A1优先募集到转录因子AP-1的结合位点，其中它通过抑制AP-1功能来抑制效应基因表达。 NR4A1结合还促进组蛋白3在赖氨酸27的乙酰化（H3K27ac），导致耐受相关基因的激活。因此，该研究将NR4A1鉴定为诱导T细胞功能障碍的关键一般调节因子，并且是肿瘤免疫疗法的潜在靶标。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0979-8
7.康涅狄格大学&温州医科大学&华中农业大学阮一骏使用ChIA-Drop技术，捕获单分子水平的多重染色体互作
研究人员通过将RNAPII染色质免疫共沉淀加到ChIA-Drop中，研究了转录调控过程中的多重染色质相互作用。用RNAPII-ChIA-Drop法鉴定了S2细胞中约200万种染色质复合物。一般而言，RNAPII ChIA-Drop 拓扑结构类似于CHIA-DROP所揭示的拓扑结构，但正如预期的那样，RNAPII ChIA-Drop 结构在抑制域(即TADS)和活跃区域(边界间隙)中表现出明显的信号减少。
总之，ChIA-Drop是一种在单分子水平上捕捉多重染色质相互作用的简单、可靠和有效的方法，与以往的双种群水平方法(如Hi-C和ChIA-Drop)不同，该方法只需5×103细胞或6×104用于ChIP实验。并且，研究人员描述了转录多重相互作用。与以前的群体水平分析相反，这种分析暗示了广泛的启动子-启动子相互作用。RNAPII ChIA-Drop数据显示，80%的转录活性染色质复合物只涉及一个启动子与非启动子远端元素的相互作用，其余20%的染色质复合物涉及多个启动子。因此，研究人员提出了一个以启动子为中心的模型，用于RNAPⅡ介导的转录。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0949-1
8.中国科学院物理研究所方辰，翁红明开发电子拓扑材料目录
诸如硒化铋，砷化钽和铋钠等拓扑电子材料在体内显示出非常规的线性响应，以及在其边界处的异常无间隙状态。它们具有基本和应用的意义，具有在高性能电子和量子计算中使用的潜力。但到目前为止，它们的检测受到计算拓扑不变特性（或拓扑节点）的困难的阻碍，这需要具有材料和专业知识的经验以及先进的理论工具。
在这里，研究人员介绍了一种有效，高效和全自动的算法，可以诊断大部分非磁性材料中的非平凡带拓扑。该研究的算法是基于最近开发的占用带的对称表示和拓扑不变量之间的穷举映射。研究人员在水晶数据库中扫描了总共39,519种材料，发现其中多达8056种材料在拓扑上非常重要。所有结果均可在具有交互式用户界面的数据库中搜索。
总之，研究强调这种排名只应被视为参考，同时研究人员建议对特定候选材料感兴趣的读者应该仔细检查在线数据库中显示的相关结构。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0944-6
9.南京大学万贤纲使用对称指标全面搜索拓扑材料
在过去的十年中，拓扑材料 -其中散装材料中的电子带拓扑结构导致强大的，非常规的表面状态和电磁 -引起了很多关注。尽管已经通过实验证实了几种理论上提出的拓扑材料，但拓扑性质的广泛实验探索以及在现实装置中的应用，受到缺乏拓扑材料的限制，其中来自平凡费米表面态的干扰被最小化。
在这里，研究人员将对称指示器的方法应用于所有230个可能空间群中的所有合适的非磁性化合物。数据库搜索显示了数以千计的候选拓扑材料，其中研究人员突出了241个拓扑绝缘体和142个拓扑结晶绝缘体，这些绝缘体具有明显的全带隙或相当大的直接间隙以及小的琐碎费米口袋。此外，研究人员列出了692个具有位于费米水平附近的带交叉点的拓扑半金属。这些候选材料开辟了在下一代电子设备中使用拓扑材料的可能性。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0937-5
10.普林斯顿大学/中科院物理研究所王志俊及普林斯顿大学B. Andrei Bernevig开发电子拓扑材料目录
使用最近开发的称为拓扑量子化学的形式主义，研究人员在无机晶体结构数据库中对“高质量”材料（其中原子位置和结构已经非常精确地测量）进行高通量搜索，以便识别新拓扑阶段。
研究人员开发代码来计算26,938个化学计量材料的所有对称性的所有特征，并找到3,307个拓扑绝缘体，4,078个拓扑半金属且没有脆弱相。 对于这7,385种材料，研究人员提供电子能带结构，包括一些电子特性（带隙和电子数），对称性指标和其他拓扑信息。 研究结果表明，自然界中超过27％的材料是拓扑学的。 该研究提供了一个开源代码，用于检查任何材料的拓扑结构，并允许其他研究人员重现该研究的结果。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0954-4
11.华盛顿大学Xu Xiaodong/香港大学Wang Yao在材料学领域取得新进展
莫尔超晶格能够在二维异质结构中产生新的量子现象，其中原子薄层之间的相互作用定性地改变超晶格的电子能带结构。例如，mini-Dirac点，可调谐Mott绝缘体状态和Hofstadter蝶形图案，可以出现在不同类型的石墨烯/氮化硼莫尔超晶格中，而相关的绝缘状态和超导性已经在扭曲的双层石墨烯莫尔超晶格中报道。除了它们对单粒子状态的显著影响之外，最近还预测莫尔超晶格可以存在激发态，如莫尔激子带。
华盛顿大学Xu Xiaodong/香港大学Wang Yao报告了在二硒化钼（MoSe2）/二硒化钨（WSe2）异质层中捕获莫尔势的层间谷激子的实验证据。在低温下，研究人员观察到光致发光接近自由层间激子能量，但线宽超过一百倍（约100微电子伏特）。发射器g因子在同一样品中是均匀的，并且在分别具有60度和0度的近似扭转角的样品中仅取两个值，-15.9和6.7。对于给定的扭转角，发射器表现出相同螺旋性的强圆极化，这表明俘获势保持三重旋转对称性。结合对功率和激发能量的特征依赖性，这些结果表明观察到的效应的起源是层间激子被捕获在光滑的莫尔势中，具有继承的谷对比物理学。这项工作提供了通过改变扭转角来控制二维莫尔光学的机会。
参考信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0957-1
